Aşağı təzyiqli tökmə zamanı ərinti materiallarının istilik keçiriciliyini necə idarə etmək olar

Aşağı temperaturda ərinti materiallarının istilik keçiriciliyini necə idarə etmək olarTəzyiqli tökmə

Giriş
Aşağı təzyiqli tökmə qabaqcıl bir üsuldur Metal Tökmə ProsesiYüksək keyfiyyətli və mürəkkəb formalı tökmələr istehsal edə bildiyinə görə aerokosmik, avtomobil, maşınqayırma və digər sahələrdə geniş istifadə olunur. Alüminium ərintisi, ən çox istifadə edilən materiallardan biri kimiaşağı təzyiqli tökmə, yüngül çəki, yüksək möhkəmlik və korroziyaya davamlılıq üstünlüklərinə malikdir. Lakin, radiatorlar və mühərrik hissələri kimi bəzi xüsusi tətbiq ssenarilərində alüminium ərintilərinin istilik keçiriciliyinə daha yüksək tələblər qoyulur. Bu məqalədə müxtəlif müştərilərin ehtiyaclarını ödəmək üçün aşağı təzyiqli tökmə zamanı müxtəlif vasitələrlə ərinti materiallarının istilik keçiriciliyini necə effektiv şəkildə idarə etmək ətraflı araşdırılacaq.

I. Ərinti materiallarının istilik keçiriciliyi haqqında əsas biliklər
(I) İstilik keçiriciliyinin tərifi və əhəmiyyəti
İstilik keçiriciliyi, materialın istiliyi ötürmə qabiliyyətinə aiddir və bu, adətən Vt/(m·K) vahidi ilə istilik keçiriciliyi (İstilik keçiriciliyi) ilə ölçülür. Aşağı təzyiqli tökmə alüminium ərintili məhsullarda məhsulun performansını və səmərəliliyini artırmaq üçün yaxşı istilik keçiriciliyi vacibdir. Məsələn, silindr başlığında, pistonda və avtomobil mühərrikinin digər hissələrində mühərrikin normal işləməsini təmin etmək və xidmət müddətini uzatmaq üçün istiliyin vaxtında yayılması lazımdır; elektron avadanlıqların radiatorunda səmərəli istilik keçiriciliyi elektron komponentlərin işləmə temperaturunu effektiv şəkildə azalda və avadanlığın sabitliyini və etibarlılığını artıra bilər.
(II) Alüminium ərintilərinin istilik keçiriciliyinə təsir edən amillər
Ərinti elementləri və faza tərkibi: Müxtəlif ərinti elementləri alüminium matrisində və əmələ gələn müxtəlif fazalarda fərqli bərk həllolma qabiliyyətinə malikdir ki, bu da qəfəs deformasiyasının dərəcəsinə təsir edəcək və beləliklə istilik keçiriciliyini dəyişdirəcək. Ümumiyyətlə, ərinti elementlərinin olması alüminium ərintilərinin istilik keçiriciliyini müxtəlif dərəcələrə endirəcək. Məsələn, ənənəvi Al-Si ərintilərində silikon tərkibi artdıqca ərintilərin istilik keçiriciliyi azalacaq.
Aşqarlar və qüsurlar: Ərintidəki aşqar elementləri və qüsurları (məsələn, məsamələr, daxilolmalar və s.) istiliyin ötürülməsinə ciddi şəkildə mane olacaq və istilik keçiriciliyini azaldacaq. Aşqar atomları alüminium matrisində sərbəst elektronların hərəkətinə mane olacaq, səpələnmə effektini artıracaq və effektiv istilik ötürülməsi üçün sərbəst elektronların sayını azaldacaq; qüsurlar materialın sıxlığını azaldacaq və istilik ötürülmə prosesi zamanı asanlıqla səpələnəcək və qüsurlara əks olunacaq və bununla da istilik keçiriciliyini azaldacaq.
İstilik müalicəsi proses: İstilik emalı ərintilərin faza strukturunu, dənə ölçüsünü və vahidliyini dəyişdirərək istilik keçiriciliyinə təsir göstərə bilər. Müvafiq istilik emalı ərintilərin mikrostrukturunu optimallaşdıra, əlverişsiz fazaların çökməsini və dənə sərhədlərində aşqarların ayrılmasını azalda və materialın ümumi istilik keçiriciliyini yaxşılaşdıra bilər.

2. Aşağı təzyiqli tökmə zamanı ərinti materiallarının istilik keçiriciliyinin idarə olunması üsulları

(I) Ərinti tərkibinin dizaynının optimallaşdırılması

Uyğun matris ərintisinin seçilməsi: Məhsulun spesifik tələblərinə və istifadə mühitinə uyğun olaraq, yaxşı istilik keçiriciliyinə malik əsas alüminium ərintisini seçin. Məsələn, daha yüksək istilik keçiriciliyi tələb edən istilik yayma komponentləri üçün təmiz alüminiumun istilik keçiriciliyi daha yüksəkdir və təmiz alüminiumun tərkibini müvafiq olaraq artırmağı düşünmək mümkündür; həm möhkəmlik, həm də istilik keçiriciliyi tələb edən tətbiqlər üçün Al-Cu seriyası, Al-Mg seriyası və digər ərintilər seçilə bilər və performans digər ərinti elementlərinin nisbətini optimallaşdırmaqla balanslaşdırıla bilər.

Mikroərinti elementlərinin əlavə edilməsi: Zn, Mn, Ti və s. kimi az miqdarda mikroərinti elementləri əlavə etməklə, ərinti dənəcikləri saflaşdırıla, təşkilati strukturu yaxşılaşdırıla və beləliklə, istilik keçiriciliyi yaxşılaşdırıla bilər. Məsələn, Zn əlavə edilməsi istilik keçiriciliyinə nisbətən az təsir göstərərək alüminium ərintisinin möhkəmliyini müəyyən dərəcədə artıra bilər və həmçinin faydalı fazalar əmələ gətirərək istilik keçiriciliyi yolunu optimallaşdıra bilər.
Aşqar elementlərinin tərkibinə nəzarət edin: ərintidəki Fe, Si və s. kimi aşqar elementlərinə ciddi şəkildə nəzarət edin. Aşqarların daxil olmasını azaltmaq üçün əritmə prosesində yüksək təmizlik xammalından istifadə edin və effektiv təmizləmə tədbirləri görün. Məsələn, Fe alüminium ərintisində zərərli β-AlFeSi fazası əmələ gətirəcək ki, bu da ərintidə istilik keçiriciliyini və mexaniki xüsusiyyətlərini azaldacaq, buna görə də Fe tərkibi aşağı səviyyədə idarə olunmalıdır.
(II) Əritmə prosesinin dəqiq idarə olunması
Ərimə temperaturuna nəzarət: ərinti tərkibinə və quruluşuna mənfi təsir göstərən həddindən artıq yüksək və ya aşağı temperaturlardan qaçınmaq üçün ərimə temperaturunu ağlabatan şəkildə seçin. Həddindən artıq yüksək ərimə temperaturu ərinti elementlərinin yanmasına və oksidləşməsinə səbəb ola bilər və çirk tərkibini artıra bilər; həddindən artıq aşağı temperatur isə ərintilərin natamam əriməsinə səbəb olacaq və tərkibin vahidliyinə təsir göstərəcək. Ümumiyyətlə, alüminium ərintilərinin ərimə temperaturu 700℃-750℃ arasındadır və xüsusi temperatur ərinti tərkibinə və avadanlıq şərtlərinə uyğun olaraq tənzimlənməlidir.
Ərimə müddətinə nəzarət: Ərinti komponentlərinin tam əriməsini və bərabər paylanmasını təmin etmək üçün ərimə müddətinə nəzarət edin, lakin uzunmüddətli ərimə nəticəsində ərinti elementlərinin ayrılmasının və dənəciklərin qabalaşmasının qarşısını alın. Ərimə prosesi zamanı əməliyyat müəyyən bir proses axınına uyğun olaraq aparılmalı və materialların əlavə edilməsi və qarışdırma vaxtı ərintilərin yaxşı ərimə vəziyyətinə çatması üçün ağlabatan şəkildə təşkil edilməlidir. Ümumi ərimə müddəti təxminən 1-2 saatdır.
Təmizləmə və deqazasiya emalı: Ərintidəki qazları (hidrogen və s.) və daxilolmaları təmizləmək üçün inert qazın təmizlənməsi (arqon, azot və s.), vakuumla deqazasiya və s. kimi qabaqcıl təmizləmə və deqazasiya texnologiyalarından istifadə edin. Təmizləmə prosesi zamanı inert qazın daxil edilməsi qabarcıqlar əmələ gətirə bilər ki, bu da qabarcıqlar əmələ gətirərək ərintidəki oksidləşmiş daxilolmaları və hidrogeni udur və aparır, bununla da məsamələrin və daxilolmaların əmələ gəlməsini azaldır və ərintinin sıxlığını və istilik keçiriciliyini artırır.
(III) Aşağı təzyiqli tökmə prosesi parametrlərinin optimallaşdırılması
Mayenin qalxma sürətinin idarə edilməsi: Aşağı təzyiqli tökmə prosesi zamanı mayenin qalxma sürəti orta olmalıdır. Mayenin çox sürətli qalxma sürəti qalxma prosesi zamanı metal mayesində burulğan cərəyanlarına səbəb olacaq, havanı və çirkləri qəlib boşluğuna daxil edəcək, məsamələr və oksidləşmə qarışıqları əmələ gətirəcək; mayenin çox yavaş qalxma sürəti isə metal mayesinin qalxma prosesi zamanı çox tez soyumasına səbəb olacaq və bu da doldurma effektinə və tökmənin keyfiyyətinə təsir edəcək. Ümumiyyətlə, mayenin qalxma sürəti 0,5-2 mm/s arasında tənzimlənir və xüsusi sürət tökmənin formasına, ölçüsünə və axıcılığına uyğun olaraq tənzimlənməlidir.
Doldurma təzyiqinin idarə edilməsi: Metal mayesinin tökmə boşluğunu hamar və bərabər şəkildə doldurmasını təmin etmək üçün müvafiq doldurma təzyiqini seçin. Çox yüksək doldurma təzyiqi metal mayesinin boşluq divarına dəyməsinə, sıçramalara və oksidləşmə qatqılarına səbəb olmasına, həmçinin tökmə daxilində daha böyük daxili gərginliyə səbəb olmasına və istilik keçiriciliyinə təsir göstərməsinə səbəb olacaq; çox aşağı doldurma təzyiqi isə tökmədə natamam doldurma və soyuq bağlanma kimi qüsurlara səbəb olacaq. Doldurma təzyiqi ümumiyyətlə 20-80 kPa arasındadır və xüsusi təzyiq tökmənin mürəkkəbliyi, divar qalınlığı və ərintinin axıcılığı kimi amillərə uyğun olaraq optimallaşdırılmalıdır.
Saxlama müddətinə nəzarət: Tökmənin bərkimə prosesi zamanı kifayət qədər büzülmə kompensasiya təzyiqi əldə edə bilməsini təmin etmək və büzülmə və büzülmə boşluqları kimi qüsurların baş verməsini azaltmaq üçün saxlama müddətini ağlabatan şəkildə idarə edin. Saxlama müddəti çox qısa olarsa, tökmə bərkimə prosesi zamanı tam kompensasiya olunmayacaq, nəticədə daxili boşluq və məsaməlik artacaq və istilik keçiriciliyi azalacaq; saxlama müddəti çox uzun olarsa, tökmənin daxili gərginliyi artacaq və bu da onun mexaniki xüsusiyyətlərinə və istilik keçiriciliyinə təsir göstərəcək. Saxlama müddəti ümumiyyətlə tökmənin ölçüsünə və ərintinin bərkimə xüsusiyyətlərinə görə müəyyən edilir, adətən onlarla saniyə ilə bir neçə dəqiqə arasında.
(IV) Müvafiq istilik emalı prosesi
Məhlulun emalı: Alüminium ərintisini daha yüksək temperatura (ümumiyyətlə 500℃-550℃ arasında) qədər qızdırın, müəyyən bir müddət isti saxlayın ki, ərintidəki həll olan elementlər vahid bərk məhlul əmələ gətirmək üçün alüminium matrisində tamamilə həll olunsun. Məhlulun emalı ərintinin möhkəmliyini və sərtliyini artıra bilər və sonrakı yaşlanma emalı üçün də faydalıdır və ərintinin istilik keçiriciliyini artırır. Bununla belə, məhlulun emalı temperaturuna və müddətinə nəzarətin çox vacib olduğunu qeyd etmək lazımdır. Çox yüksək və ya çox uzun məhlulun emalı dənələrin qabalaşmasına və həddindən artıq doymasının azalmasına səbəb olacaq ki, bu da istilik keçiriciliyinə təsir edəcək.
Yaşlanma müalicəsi: Məhlul müalicəsindən sonra ərinti daha aşağı temperaturda (ümumiyyətlə 150℃-200℃ arasında) saxlanılır ki, ərintidəki həll olan elementlər incə hissəciklər şəklində çökərək dağılmış möhkəmləndirmə fazası əmələ gətirsin və bununla da ərinti möhkəmliyini və sərtliyini artırsın. Müvafiq yaşlanma müalicəsi ərinti mikrostrukturunu optimallaşdıra, dənə sərhədindəki çirk ayrılmasını və qüsurları azalda və istilik keçiriciliyini yaxşılaşdıra bilər. Bununla belə, ərinti məhsuldarlığına təsir edəcək həddindən artıq yaşlanmanın və ya yaşlanmanın qarşısını almaq üçün yaşlanma müalicəsinin temperaturu və vaxtı da dəqiq idarə olunmalıdır.

3. Ərinti materiallarının istilik keçiriciliyinin sınaqdan keçirilməsi və qiymətləndirilməsi üsulları
(I) İstilik keçiriciliyinin birbaşa ölçülməsi metodu
Sabit vəziyyət metodu: qorunan istilik lövhəsi metodu, sferik top metodu və s. daxildir. Qorunan istilik lövhəsi metodu, sınaqdan keçiriləcək materialı müəyyən ölçülü düz bir nümunə halına gətirmək, onu iki qorunan istilik lövhəsi arasına qoymaq və nümunənin hər iki tərəfindəki temperatur fərqini və istilik axınını ölçməklə istilik keçiriciliyini hesablamaqdır. Bu metod yüksək ölçmə dəqiqliyinə malikdir, lakin nümunənin hazırlanması tələbləri sərtdir və ölçmə müddəti uzundur. Yüksək istilik keçiriciliyi tələblərinə malik materialların tədqiqi və sınaqdan keçirilməsi üçün uyğundur.
**keçici metod**: məsələn, lazer flaş metodu. Bu metod nümunə səthini dərhal qızdırmaq üçün nümunə səthinə qısa impulslu lazer şüalandırır və sonra nümunənin arxasındakı temperatur dəyişmə əyrisini ölçür və istilik diffuziyasını və istilik keçiriciliyini hesablamaq üçün Furye çevrilməsi kimi riyazi metodlardan istifadə edir. Lazer flaş metodu sürətli ölçmə sürəti və geniş tətbiq diapazonu üstünlüklərinə malikdir. Xüsusilə yüksək temperaturlu mühitlərdə ölçmələr üçün materialların istilik keçiriciliyini tez və dəqiq ölçə bilər.
(II) Dolayı qiymətləndirmə metodu
Müqavimət və istilik keçiriciliyi arasındakı əlaqə: Videmann-Franz qanununa görə, metal materialların istilik keçiriciliyi ilə elektrik keçiriciliyi arasında müəyyən bir əlaqə mövcuddur, yəni istilik keçiriciliyinin elektrik keçiriciliyinə nisbəti temperaturla mütənasibdir. Buna görə də, ərinti materiallarının istilik keçiriciliyi ərinti materiallarının müqavimətini (və ya elektrik keçiriciliyini) ölçməklə və bu qanunu birləşdirməklə dolayı yolla qiymətləndirilə bilər. Bu metodun istifadəsi sadə və sürətlidir, lakin qeyd etmək lazımdır ki, bu qanunun müxtəlif materiallarda və temperatur diapazonlarında tətbiqi fərqlidir və müəyyən düzəlişlər və yoxlamalar tələb olunur.
Performans sınağı və faktiki tətbiq vasitəsilə qiymətləndirmə: Faktiki aşağı təzyiqli tökmə istehsalında dolayı qiymətləndirmə tökmələrin performans sınağı və faktiki tətbiq performansı vasitəsilə də həyata keçirilə bilər. Məsələn, radiatorlar kimi məhsullar üçün ərinti materiallarının istilik keçiriciliyi onların istilik yayma effektini, temperatur paylanmasını və digər performans göstəricilərini sınaqdan keçirməklə onların tələblərə cavab verib-vermədiyini müəyyən etməklə qiymətləndirilə bilər; mühərrik hissələri üçün istilik keçiriciliyinin məhsulun performansına təsiri mühərrikin işləmə performansı və istilik səmərəliliyi kimi göstəricilər vasitəsilə qiymətləndirilə bilər.

4. İşin təhlili
(I) Müəyyən bir avtomobil mühərrikinin silindr başlığının aşağı təzyiqli tökmə qutusu
Müəyyən bir avtomobil istehsal edən şirkət yüksək performanslı bir məhsul istehsal etməlidir alüminium ərintisi mühərrik silindr başlığı, bunun üçün yaxşı istilik keçiriciliyi və yüksək möhkəmliyə malik olması tələb olunur. İstehsal prosesində, Al-Si-Cu-Mg ərintisi ərinti tərkibinin dizaynını optimallaşdırmaqla seçildi və aşqar elementi Fe-nin tərkibi 0,5%-dən aşağı səviyyədə ciddi şəkildə nəzarət edildi; əritmə prosesində 0,1 ml/100 qAl-dan aşağı hidrogen tərkibini idarə etmək üçün argon emalı texnologiyasından istifadə edildi; aşağı təzyiqli tökmə prosesində mayenin qalxma sürəti 1,2 mm/s-yə qədər idarə edildi, doldurma təzyiqi 40 kPa və saxlama müddəti 60 saniyə idi; nəhayət, müvafiq məhlul emalı və yaşlanma emalı aparıldı. Bir sıra nəzarət tədbirlərindən sonra istehsal olunan mühərrik silindr başlığının istilik keçiriciliyi 120 Vt/(m·K)-dən çoxa çatdı ki, bu da dizayn tələblərinə cavab verdi və mühərrikin istilik yayılması effektini və etibarlılığını effektiv şəkildə artırdı.
(II) Elektron radiatorun aşağı təzyiqli tökmə korpusu
Elektron avadanlıq istehsal edən bir şirkət, yüksək istilik keçiriciliyinə malik, 150 Vt/(m·K)-dan az olmayan istilik keçiriciliyi tələb edən alüminium ərintili radiatora ehtiyac duyur. İstehsal prosesində əsas kimi yüksək təmizlikli alüminium istifadə olunur və ərintilərin istilik keçiriciliyini və mexaniki xüsusiyyətlərini optimallaşdırmaq üçün müvafiq miqdarda Cu, Mn və digər elementlər əlavə olunur; əritmə prosesində əritmə temperaturu və vaxtı ciddi şəkildə nəzarətdə saxlanılır və ərintilərin təmizliyini təmin etmək üçün vakuum deqazasiya və təmizləmə proseslərindən istifadə olunur; aşağı təzyiqli tökmə prosesində qəlib dizaynı və proses parametrləri optimallaşdırılır ki, əridilmiş metal boşluğu bərabər şəkildə doldura bilsin və daxili qüsurların yaranmasını azalda bilsin; eyni zamanda, materialın istilik keçiriciliyini daha da yaxşılaşdırmaq üçün tökmələr soyuq yayılmış, istiliklə işlənmiş və digər emal proseslərindən keçir. Nəhayət istehsal olunan istilik ötürücüsünün istilik keçiriciliyi 160 Vt/(m·K)-ə çatır ki, bu da elektron avadanlıqların istilik yayma tələblərinə cavab verir və avadanlığın sabit işləməsini təmin edir.

5. Nəticə
Aşağı təzyiqli tökmə prosesində ərinti materiallarının istilik keçiriciliyinin idarə edilməsi sistemli bir layihədir və ərinti tərkibinin dizaynı, əritmə prosesi, tökmə prosesi və istilik emalı prosesi kimi bir çox aspektdən hərtərəfli nəzərdən keçirilmə və optimallaşdırma tələb edir. Ərinti elementlərini ağlabatan şəkildə seçməklə, çirk tərkibinə ciddi şəkildə nəzarət etməklə, əritmə və tökmə parametrlərini dəqiq idarə etməklə və müvafiq istilik emalı proseslərini tətbiq etməklə, alüminium ərintilərinin istilik keçiriciliyi müxtəlif müştərilərin məhsullar üçün performans tələblərini ödəmək üçün effektiv şəkildə yaxşılaşdırıla bilər. Eyni zamanda, ərinti materiallarının istilik keçiriciliyini dəqiq ölçmək və qiymətləndirmək üçün müvafiq sınaq və qiymətləndirmə metodlarının seçilməsi də məhsulun keyfiyyətini və performansını təmin etmək üçün vacib bir vasitədir.